泥质粉砂岩堆石料往复剪切特性及强度劣化研究

堆石料往复剪切力学特性及强度劣化机理对高填方边坡稳定性分析具有重要的研究意义。开展了粗粒土往复直剪试验,分析不同粗粒含量土体剪切强度、滞回圈面积、阻尼比及剪切刚度的变化规律,揭示其强度劣化机理。试验结果表明:泥质粉砂岩堆石料剪切强度受粗粒含量和往复剪切次数影响显著,剪切强度随粗粒含量增加而增大,随往复剪切次数增加而减小。土体滞回圈面积与粗粒含量呈正相关,与往复剪切次数呈负相关。阻尼比与粗粒含量无关,但会随往复剪切次数的增加而减小。土体破坏剪切刚度与粗粒含量间指数关系显著,归一化剪切刚度与往复剪切次数呈线性分布。据此建立考虑不同粗粒含量和往复剪切次数下泥质粉砂岩堆石料剪切刚度的经验公式。研究成果可为堆积体稳定性分析提供计算依据。

基于离散元的钢-土界面往复剪切特性研究

架空直立式码头结构被越来越多的应用于现代化内河港口建设,码头中所使用的大直径钢护筒嵌岩桩与桩周回填土形成钢-土界面,在船舶系靠等重复荷载作用下,界面的往复剪切行为影响桩基的承载性能。使用颗粒流软件及离散元方法,通过改变接触面的运动方式模拟了钢-土界面往复剪切特性,研究了接触面类型、剪切频率和剪切振幅等对往复剪切特性和界面能量变化的影响。研究结果表明:试样的剪切区域面积、剪切应力分布受接触面类型及粗糙度影响较大;同种类型的接触面,法向应力越大剪切区域面积会随之增大,但剪切区域面积的增加存在上限;剪切应力的主要作用范围在接触面中部,作用范围随着法向应力的增大而增大,剪切效果是几种因素共同作用的结果;在往复剪切运动中,各界面接触面附近孔隙率随时间步长增大不断减小,部分接触面孔隙率呈周期性波动;剪切频率、振幅对接触面附近孔隙率影响不大;边界能中大部分转化为应变能,小部分转化为摩擦能并受界面类型、界面粗糙度等因素的影响。

破碎泥岩颗粒与钢护筒接触面往复剪切特性试验研究

通过改进的室内直剪仪,控制试样颗粒级配、干密度、含水率等,研究钢-土接触面剪切特性在不同往复剪切圈数下的变化情况。分别在法向应力100,200,300,400 k Pa条件下,记录不同剪切圈数下剪应力和法向位移的变化情况,引入摩尔-库伦准则分析了剪应力位移关系曲线、极限剪应力以及法向位移随往复剪切圈数的变化规律,发现剪应力位移关系曲线呈先急剧上升后趋于稳定的现象;随着往复剪切圈数的增加,极限剪应力和法向位移均有逐渐减小的趋势,且在一定的剪切圈数后趋于稳定;黏结力随剪切圈数的增加表现为先增大后减小最后趋于稳定,而内摩擦角则逐渐减小并趋于稳定。

重庆市长江边某地砂岩、砂泥岩、泥岩循环往复剪切强度变化规律研究

为研究重庆市长江边某地砂岩、砂泥岩、泥岩在往复剪切条件下的强度变化规律,通过控制砂泥岩颗粒配合比,分别在100、200、300、400kPa的法向应力条件下进行8次循环往复剪切试验。结果表明,随往复剪切次数的增加,三种试样的峰值剪切强度整体均呈减小趋势,且砂岩的峰值剪切强度最大,泥岩的剪切强度最小;三种岩石试样的抗剪强度指标变化规律总体一致,粘聚力先增后减,内摩擦角逐渐减小;砂岩的残余粘聚力最小,残余内摩擦角最大,泥岩的残余粘聚力最大,残余内摩擦角最小。结果可为工程实践中土料的选取提供参考。

砂泥岩颗粒混合料往复剪切特性试验研究

通过对ZJ型应变控制式直剪仪进行一定的改进,对砂泥岩颗粒混合料进行往复剪切试验,在一定的往复剪切次数的影响下,分析了剪切力、剪切位移、法向位移、剪切强度等一系列的变化情况。研究表明:砂泥岩颗粒混合料在往复剪切过程中,剪应力与剪切位移的关系整体呈"梭型"变化趋势,且逐渐重合,且试样发生了明显的法向位移;随着循环次数的增加,黏聚力呈先增加最终趋于稳定,内摩擦角呈逐渐减小最终不变的趋势。

不同屈曲约束形式的钢板剪力墙往复剪切性能试验

为研究不同冷弯薄壁型钢屈曲约束形式的钢板剪力墙的往复剪切性能,剥离框架对钢板剪力墙结构抗侧力的贡献,单独对3个不同屈曲约束形式的钢板剪力墙结构试件和1个纯钢板剪力墙结构试件进行了拟静力试验研究,并通过试验与理论分析揭示了不同屈曲约束形式的钢板剪力墙在往复剪切作用下的力学性能与失效机理。结果表明:冷弯薄壁型钢对钢板剪力墙的面外变形具有较好的约束作用,显著提高了钢板剪力墙的耗能能力、延性和承载力;竖向屈曲约束构造形式对钢板剪力墙的耗能能力提高效果最好,其次是水平约束形式,最差是45°斜向约束形式;对于带45°斜向约束的试件而言,由于约束形式非轴向对称,其承载力在推、拉方向上表现出明显的差异,即在拉力带垂直于冷弯薄壁型钢约束时,其承载力更高。

往复剪切作用下砂泥岩混合料力学特性分析

土体在往复剪切作用下的力学性质对研究周期性荷载响应有重要意义。通过改进往复剪切直剪仪,设定4种法向应力进行32次循环剪切,研究了砂泥岩混合料应力应变曲线性态、滞回圈面积和阻尼比变化规律;通过分析剪切刚度随法向应力及往复剪次数的分布规律,建立了砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法;概化了颗粒间接触模式,揭示了砂泥岩混合料强度与变形微观机制。试验结果与理论分析表明:应力应变曲线随法向应力增大由应变软化逐渐转为应变硬化;滞回圈面积随往复剪次数增大而逐渐减小,阻尼比随往复剪次数增加而缓慢增大,且与法向应力无关。初始剪切刚度随法向应力呈线性分布,归一化剪切刚度与往复剪次数呈对数函数关系,据此建立了考虑法向应力与往复剪次数的砂泥岩混合料剪切刚度经验计算方法。

细粒含量对冻土-桩界面剪切特性影响研究

针对华北北部地区桩土界面的稳定性开展研究,采用往复直剪仪,在不同法向压力下进行常规直剪试验和往复直剪试验,重点探究了在负温条件下6种细粒含量(0%、10%、20%、30%、40%、50%)对冻土-混凝土界面冻结强度和剪切刚度的影响规律.结果表明:随着细粒含量的增大,常规直剪条件下界面的峰值强度变大,冰胶结强度占比随之提高,且割线模量也不断变大;在往复剪切作用下,界面剪切刚度随剪切循环次数的增加不断衰减,30%细粒含量时界面的剪切刚度衰减幅度最大;虽然细粒的加入会增大界面的剪切刚度,提高界面抵抗变形的能力,但在往复剪切作用下细粒会使界面剪切刚度衰减幅度变大,不利于结构的稳定性.通过层次分析法得出往复剪切次数、细粒含量、环境负温对界面剪切刚度的影响权重分别为58.52%、25.40%、16.08%;该分析结果可为相关工程实践提供参考依据.

静动荷载作用下小麦剪切特性试验研究

为研究静动载荷作用下的粮食剪切特性,利用开发的新型粮食动直剪仪,设计了孔隙率为39%、36%、33%以及竖向压力为50、100、150、200k Pa下的小麦单调直剪、往复剪切及往复后单调直剪试验,研究了小麦静动力剪切特性,并对比分析了小麦单调直剪与往复后单调直剪的强度、变形结果。研究结果表明:单调直剪试验中,同一孔隙率下,竖向压力越大,其软化现象越明显,剪胀现象越不明显,剪胀角越小,竖向压力为50、100、150、200k Pa下对应的剪胀角分别为4.5°、3.6°、2.4°、0.7°;同一竖向压力下,随着小麦孔隙率减小,其软化现象越明显,内摩擦角也越大,孔隙率为39%、36%、33%的小麦对应的内摩擦角分别为22.2°、24.4°、28.1°。剪胀角也随着小麦孔隙率减小而增大,对应的剪胀角分别为1.3°、3.6°、9.9°;往复剪切试验中,孔隙率越小,小麦往复剪切软化现象越明显,剪缩现象越不明显,最大剪缩量越小,孔隙率为39%、36%、33%的小麦对应的最大剪缩量分别为2.77、1.74、1.15 mm。往复后单调直剪与单调直剪试验结果对比表明,往复后单调直剪的小麦抗剪强度明显增大,其剪胀现象更明显,最大剪胀量也增大。试验结果可为粮仓结构安全性设计,尤其是粮仓结构动力分析提供依据。

考虑土体密实度的钢-土界面剪切特性研究

土体密实程度对内河码头大尺寸钢护筒嵌岩桩的承载性状具有重要的影响。在一定含水率及颗粒级配条件下,控制试样土体干密度分别为1.80,1.85,1.90 g/cm3进行土体与钢板的往复剪切室内试验,探索了不同干密度条件下试样在不同法向应力条件下的剪应力-剪位移关系、极限剪切强度以及界面往复剪切的残余强度。研究发现钢-土界面的剪切过程主要有3个阶段:弹性阶段、塑性阶段和破坏阶段;极限剪切强度满足摩尔库伦准则且随干密度增大粘聚力和内摩擦角均增大,且呈线性增加;往复剪切过程中,研究剪应力的变化情况发现同方向不同循环过程中最大剪应力几乎保持不变,不同方向剪切循环过程中,负方向剪应力均比正方向稍大。

混凝土粮仓-粮食颗粒界面静动力特性直剪试验研究

粮仓-粮食颗粒界面静动力参数对粮仓结构设计及优化分析产生重要影响,需进一步明确混凝土粮仓-粮食颗粒界面静动力特性。利用自制的粮食动荷载直剪仪进行了混凝土粮仓与粮食颗粒界面静动力特性直剪试验,设计了不同孔隙比和竖向压力条件下的界面单调直剪、往复剪切及往复后单调直剪试验。结果表明:单调直剪试验中,界面剪切强度随着孔隙比减小、竖向压力增大而逐渐增加,界面整体呈剪缩现象,随着竖向压力和孔隙比的增大,最终剪缩量逐渐增加;往复剪切试验中,界面呈剪切硬化现象,剪应力峰值在往复过程中逐步提高并趋于稳定,动剪切模量随往复周数的增加而增大,其变化范围为7.39~18.15 kPa/mm,阻尼比逐渐减小并趋于稳定,其变化范围为0.39~0.47;往复后单调直剪试验的界面剪应力峰值大于单调直剪剪应力峰值,对应的内摩擦角和黏聚力强度参数也相应地提高。试验结果为混凝土粮仓结构设计提供计算参数依据。